Penerapan teknik penginderaan jauh untuk menduga debit puncak menggunakan karakteristik lingkungan fisik DAS studi kasus di daerah aliran sungai Bengawan Solo Hulu, Jawa Tengah

PENERAPAN TEKNIK PENGINDERAAN JAUH
UNTUK MENDUGA DEBIT PUNCAK
MENGGUNAKAN KARAKTERlSTlK LINGKUNGAN FlSlK DAS
Studi Kasus di Daerah Aliran Sungai Bengawan So10 Hulu
Jawa Tengah

DISERTASI

Oleh :

TOTOK GUNAWAN

FAKULTAS PASCASARJANA
lNSTITUT PERTANIAN BOGOR
1991

*

RINGKASAN
TOTOK GUNAWAN. Penerapan Teknik Penginderaan Jauh
untuk


Menduga Debit Puncak Menggunakan

Lingkungan

Fisik

DAS. Studi Kasus

di

Karakteristik
Daerah Aliran
t

Sungai Bengawan Solo Hulu, Jawa Tengah (di bawah
bingan

ISHEMAT SOERIANEGARA sebagai Ketua, W P


bim-

SYAFEI'

WIRADISASTRA, SITANALA ARSYAD dan SUTANTO sebagai Anggota).
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan

ke-

mampuan teknik penginderaan jauh dalam menyediakan.data
karakteristik lingkungan fisik DAS untuk pendugaan

de-

bit puncak di daerah aliran sungai (DAS). DAS yang

di-

teliti adalah


Bengawan Solo Hulu Jawa Tengah, yang me-

liputi 15 Sub DAS.
Landasan teori yang digunakan sebagai kerangka pemikiran

didasarkan pada konsep dasar yang

dikemukakan

oleh Chow (1964) dan peneliti-peneliti terdahulu (1930an) bahwa di dalam biosfer DAS dapat dipandang

sebagai

suatu sistem terbuka. Di dalam sistem DAS sendiri dapat
dipandang

sebagai suatu sistem tertutup, sebagai

con-


toh, daur hidrologi dapat dianggap sebagai salah

satu

subsistem dalam sistem DAS tersebut. Di dalam daur

hi-

drologi, curah hujan berperan sebagai ma sukan, sedang
debit aliran sungai sebagai keluaran dan permukaan
sebagai struktur sistem.

DAS

Unsley
antara

(1975) menjelaskan hubungan

timbal balik


karakteristik lingkungan fisik DAS

dan

respon

hidrologi atau sebaliknya respon hidrologi sebagai reaksi dari karakteristik lingkungan fisik DAS.
tersebut
menduga

Hubungan

dapat dipakai sebagai dasar pendekatan untuk
respon hidrologi berdasarkan

karakteristik

lingkungan fisik DAS yang dapat diukur.
Dalam penelitian


ini foto udara

yang

(1) pankrornatik hitam putih berskala 1:

digunakan
tahun

10.000

1983 dan berskala 1 : 50.000 tahun 1981; ( 2 ) foto udara

infra merah berwarna berskala I : 30.000
Peta

yang digunakan sebagai data bantu

tanah, peta geologi, peta


fisiografi

1981.

tahun

meliputi

peta

(geomorfologi),

peta iklim dan peta hidrogeologiData curah hujan diambilkan dari 10 stasiun

pena-

kar hujan di daerah Wonogiri dan 7 stasiun penakar

hu-


jan di daerah Karanganyar. Data aliran sungai diperolefi
dari

stasiun pencatat tinggi muka air

otomatis

dari

masing-masing Sub DAS yang dikaji. Data sekunder diperoleh

\-&an

dari masing-masing inst&si

yang terkait.

Pengo-


data dilakukan secara manual dan dengan bantuan
disaj i

dalam

bentuk peta, tabel, gambar dan persamaan

aliran

serta deskripsinya.
Pekerjaan lapangan merupakan satu kesatuan dengan
pekerjaan interpretasi foto udara di laboratorium. Peiii

kerjaan

lapangan meliputi pekerjaan

pengujian

lapang


dan pengukuran lapang. Hasil pengukuran lapang ini

di-

gunakan sebagai kunci atau pembanding hasil interpretasi foto udara di laboratorium, dengan menggunakan standar

tertentu yang telah dibakukan (Daels dan

1981)

.

Antro~,

Data karakteristik lingkungan fisik DAS yang dapat
diperoleh dari hasil interpretasi foto udara, adalah

:


(1) morfometri DAS; ( 2 ) penutup lahan/penggunaan lahan;
(3) bentuklahan; (4) kemiringan lereng; (5)

infiltrasi

,tanah dan (6) alur-alur sungai serta geometrinya.
Peubah-peubah morfometri DAS yang diperoleh

dari

udara antara lain : luas DAS

(A),

interpretasi foto

sungai (h,dan Lo).

panjang
lereng

indeks bentuk

DAS

(Si),

sungai induk (So), kerapatan drainase (Dd) . dan

faktor topografi (T). Peubah ketinggian DAS

(H) diperoleh dengan bantuan peta topografi.

rata-rata
~

Peubah-peubah morfometri DAS tersebut tampak jelas pada
foto udara, sehingga tidak perlu diragukan

dan

tidak

lahan merupakan

obyek

perlu diuji lagi di lapang.
Penutup

lahan/penggunaan

permukaan bumi yang tampak langsung pada
sehingga

foto

udara,

interpretasi dan pemetaannya mudah dilakukan;

tergantung pada klasifikasi dan skala pemetaan yang digunakan. Hasil interpretasi penutup

lahan/penggunaan

lahan setelah dllakukan uji lapang mencapai

ketelitian

rata-rata 95%.
Interpretasi bentuklahan pada foto udara
kan

pada kenampakan struktur dan

proses

didasar-

geomorfologi

yang terbentuk dan terjadi pada setiap permukaan lahan.
Kenampakan

struktur geomorfologi secara

tiga

dimerilsi

ditunjukkan oleh kenampakan topografi (relief) permukaan. Berdasarkan kenampakan relief permukaan lahan dapat
dibedakan antara kenampakan perbukitan dan dataran aluvial.

Kenampakan

bentuklahan pada foto

udara

tampak

jelas, sehingga tidak perlu diuji lagi di lapang.
Interpretasi kemiringan lereng pada foto udara didasarkan

pada

tiga metode, yaitu

metode

VerstaDaen,

meter. Metode VerstaDDen memperoleh

temPlate dan

ketelitian paling tinggi (86,93%)diikuti metode
(82,30%) dan kemudian metode

Oleh karena

itu

f i l n ~ eU

.-

(85;35%).

metode h c i t a ~ ~ e digunakan
n

eebagai

dasar pemetaan lereng setiap Sub DAS.
Alur-alur
foto

udara. Setelah digambarkan pada peta

tas-batas
pola

percabangan sungai mudah dikenali

(ba-

dasar

DAS dan alur-alur sungai) dapat

diketahui

aliran yang terbentuk dan dapat dihitung

kerapatan drainasenya serta dapat dikenali

pada

tingkat

teksturnya.

Obysk ini tampak jelas pada foto udara, sehingga

tidak

perlu diuji lagi di lapang.
Interpretasi infiltrasi tanah pada foto udara
lakukan

secara tidak langsung, yaitu

di-

didasarkan pada

faktor-faktor yang mempengaruhi yang
pada

tampak

langsung

foto udara (bentuklahan, lereng, vegetasi

dan

penggunaan lahan, ada/tidak genangan dan kondisi kelembaban tanah). Faktor-faktor lain yang diperlukan antara
lain

sifat dan penyebaran tanah diperoleh

dari

peta

tanah. Sifat dan penyebaran batuan diperoleh dari

peta

geologi. Dari faktor-faktor yang dapat diperoleh

*

seba-

gian besar (70%) diperoleh dari foto udara, sedang

si-

sanya (30%) diperoleh dari peta-peta tematik. Ketelitian

interpretasi infltrasi tanah setelah diuji

di

la-

pang diperoleh ketelitian rata-rata sebesar 81%.
Data karakteristik lingkungan fisik DAS yang
yang

diperoleh dari analisis peta-peta

lain

tematik, data

sekunder dan survei lapang diperoleh haeil sebagai berikut

:

(1) berdasarkan analisis peta geologi dan

pets

gsom~rfolopidapat diketah-ai bahwa daerah Wonopiri termasuk bagian dari zone plateau selatan (pegunungan selatan)
kapur

dari formasi andesit tua dan

sisa-sisa batuan

(gamping). Daerah Karanganyar termasuk zone de-

presi/zone tengah Jawa Timur dari formasi batuan vulkanik kuarter Gunung Lawu; (2) Berdasarkan analisis peta
tanah

dapat

diketahui bahwa daerah Wonogiri

atas jenis tanah yang telah mengalami pelapukan
dari

terdiri
lanjut

kompleks latosol, podsolik, kompleks litosol dan

mediteran. Jenis tanah ini mudah tererosi, vegetasi hutan

jarang dijumpai, pada umumnya berupa

tegalan

dan

sawah tadah hujan. Daerah Karanganyar terdiri atas
nis

tanah yang belum mengalami pelapukan

kompleks andosol, litosol dan mediteran.

lanjut

jedari

Pada bagian

hulu masih terdapat hutan, semakin ke arah hilir banyak
dijumpai tegalan dan sawah di'atas tanah mediteran

dap

tanah aluvial; (3) Daerah Karanganyar umumnya mempunyai
curah hujan bulanan lebih tinggi dari pada daerah Wonogiri, sedang lamanya bulan kering daerah Wonogiri lebih
lama. Daerah resapan kurang berfungsi sehingga sebagian
besar sungai-sungai di daerah Wonogiri pada bulan-bulan
kering mengalami

kekeringan total, sedang

di

daerah

Karanganyar masih

dijumpai aliran dasar

yang

muncul

Berdasarkan data yang dapat diperoleh dari

inter-

dari mataair dan rembesan kecil.

pretasi foto udara dapat diketahui bahwa ketelitian rata-rata
&an

yang
untuk

diperoleh lebih dari 81%. Sebagian besar
digunakan untuk pendugaan debit

mengembangkan persamaan aliran

data

puncak

dapat

dan

diperoleh

dari interpretasi foto udara.
Pengujian Sub DAS dari 15 Sub DAS contoh yang akan
digunakan untuk pendugaan debit puncak didasarkan

pada

analisis kluster dan analisis diskriminan. Basil analisis kluster dinyatakan dalam bentuk dendrogram dan

ha-

sil analisis diskriminan dinyatakan dalam bentuk histogram

sebaran nilai skor diskriminan.

Dalam

analisis

kluster digunakan beberapa metode (baveraae. =Vera-

centroid dan

dengan menggunakan

data

fisiografik dan hidromorfometrik.
Hasil
yang

analisis kluster menunjukkan

paling

bahwa

cocok adalah metode baveraee

metode

dan

metode

centroid dari data fisiografik. Berdasarkan kedua m e t e
de tersebut dapat diketahui bahwa pada dasarnya Sub DAS
(1

- 10) tergabung dalam satu kelas, walaupun Sub

12 dan 15 juga masih dapat digabungkan di dalam

kelas

tersebut, sedang Sub DAS 11, 13 dan 14 terpisah.
dapat diartikan bahwa Sub DAS (1

ini

-

10)

DAS

Hal

mempunyai

-

15)

sifatnya masih berbaur dapat seperti Sub DAS (1 -

10)

sifat yang

sama (homogen), sedang Sub DAS (11

dan dapat mempunyai sifat sendiri.
Apabila dikaitkan dengan hasil analisis diskriminan

yang

La&&

dilakukan dengan menggunakan

metode

yang dinyatakan dalam bentuk histogram

Wiiks'
sebaran

nilai diskriminan dapat diketahui bahwa Sub DAS'( 1

-

10)

termasuk dalam satu lokasi (lokasi 1). Sub DAS (12 dan
15) mempunyai kemiripan denpan Sub DAS 10 dan Sub
1
21

13, 14) terletak terpisah di lokasi lain

DAS

(lokasi

Hasil analisis diskriminan tersebut juga

kan bahwa pada dasarnya Sub DAS (1
lam
ubah.
DAS

lokasi I, sedang Sub DAS (11

-

-

menyata-

10) tergabung
15) masih

da-

berubah-

Apabila dikaitkan dengan kondisi di lapang, Sub
(1

-

10) terletak pada formasi batuan andesit

tua

(endapan vulkanik dan endapan marin) yang telah mengalarni pelapukan lanjut. Sub DAS (11
formasi batuan

-

15) terletak pada

vulkanik kuarter yang lebih muda

dan

belum mengalami pelapukan lanjut, sehingga perkem
bangan daerah ini masih banyak dipengaruhi oleh parkem
bangan karakteristik lingkungan fisiknya.
Atas dasar kenyataan hasil penelitian tersebut dapat

diartikan bahwa untuk pengujian kemiripan Sub

tidak hanya didasarkan pada daerah yang mempunyai
masi

batuan

dan iklim yang homogen, tetapi

wur

formasi batuan juga harus

DAS
for-

ternyata

ikut dipertimbangkan,

walaupun ha1 inipun sebenarnya masih perlu

dibuktikan

lebih lanjut.
Untuk pengelompokan peubah-peubah fisiografik .dan
curah hujan dari 15 Sub DAS contoh digunakan

analisis

komponen utama. Hasil analisis komponen utama yang
libatkan data

fisiografik menunjukkan

me-

bahwa' hampir

semua peubah-peubah fisiografik muncul pada

Faktor

dengan persentase untuk menjelaskan peubah 72,10%.

I

Pe-

ubah lereng DAS rata-rata (Sa) dan ketinggian DAS ratarata (H) tidak muncul, berarti kedua peubah fisiografik
tersebut

mempunyai korelasi kurang nyata terhadap

pe-

ubah-peubah fisiografik yang lain. Peubah lereng sungai
induk (So) dan indeks bentuk DAS (Si) muncul pada
tor

I1 dan IV serta mempunyai korelasi kecil

peubah-peubah fisiografik yang lain.

Fak-

terhadap

Setelah

melibatkan peubah curah hujan dan

aliran, hasil analisis komponen utama yang

peubah

melibatkan

data hidromorfometrik ini menunjukkan bahwa hampir
mua

peubah-peubah muncul pada Faktor I

dengan

se-

persen

kumulatif untuk menjelaskan'peubah 67,70%. Peubah-p%ubah

curah hujan muncul pada Faktor 11

korelasi

dan mempunyai

kecil terhadap peubah-peubah fisiografik dan

hidromorfometrik yang lain. Peubah lereng DAS rata-rata (Sa) dan ketinggian DAS rata-rata (H) masing-masing
muncul

pada Faktor I11 dan V serta mempunyai

kecil terhadap peubah-peubah yang Lain.

korelasi

Peubah

debit

tahunan rata-rata (MAR) muncul pada Faktor I1 dan

mem-

punyai korelasi kecil terhadap peubah-peubah yang lain.
Berdasarkan hasil analisis komponen utama, baik
dari data fisiografik maupun data hidromorfometrik
pat

dlkstahui bahwh peubah lereng DAS

rata-rata

dan ketinggian DAS rata-rata (H) tidak mempunyai
lasi

da(Sa)

kore-

nyata terhadap peubah-peubah fisiografik, tetapi

setelah melibatkan peubah-peubah curah hujan dan

debit

aliran, ke dua peubah tersebut muncul, walaupun hanya
mempunyai korelasi kecil. Hal ini berarti bahwa ke

dua

peubah tersebut masih mempunyai pengaruh terhadap aliran. Dari hasil analisis komponen utama kemudian dipilih

peubah-peubah fisiografik dan hidromorfometrik yang
muncul pada Faktor I dan I1 yang digunakan dalam analisis regresi.

Berdasarkan

hasil pengujian keseragaman Sub

DAS

dan pengelompokan peubah-peubah karakteristik lingkungan fisik DAS tersebut kemudian digunakan dalam analisis
regresi
Sub

untuk mengembangkan persamaan aliran. Dari

DAS contoh dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu

(1) Sub DAS (1
(3)

15

-

Sub DAS (1

10); (2) Sub DAS (1 - 10, 12, 15)

-

-

I;

dan

15). Karakteristik aliran (debit ta-

hunan rata-rata, debit banjir tahunan rata-rata, debit
puncak Pencana satu tahun dan 10 tahun) dipilih sebagai
tidak bebas, sedang peubah curah hujan dan

peubah

pe-

ubah fisiografik dipilih sebagai peubah bebas.
Persamaan aliran yang merupakan fungsi dari

pe-

ubah-peubah fisiografik yang berkorelasi nyata dan

sa-

ngat nyata adalah sebagai berikut :
(1). Sub DAS (1
Qpl

-

10) :

= -26,77 + 3,51 ( A )

R2 = 0,99 dan nilai p